搜索【硬件攻略】射頻·射頻入門軟件篇【轉(zhuǎn)發(fā)】
2017-02-14 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
首先,我們先來(lái)了解一下什么是射頻。射頻(RF)是RadioFrequency的縮寫,表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率范圍從300KHz~300GHz之間。射頻簡(jiǎn)稱RF,射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱。在這里呢,射頻是作為一種電磁波的形式存在。但是在射頻工程師的眼中,射頻不單單指的是電磁波,更多是傳輸這種電磁波的電路。而射頻電路是指從天線(ANT)到收、發(fā)基帶信號(hào)(RXI/Q、TXI/Q)為止的這部分電路,它包括接收射頻、發(fā)射射頻和頻率合成器三大部分。
圖一 HFSS波導(dǎo)電磁仿真三維圖
現(xiàn)在我們來(lái)簡(jiǎn)單舉一個(gè)例子,下圖是無(wú)線電廣播發(fā)射與接收過程的示意圖。無(wú)線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號(hào)功率,通過饋線(電纜)輸送到天線,由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后,由天線接下來(lái)(僅僅接收很小很小一部分功率),并通過饋線送到無(wú)線電接收機(jī)。那么在這里面射頻電路大概包括的過程就是從發(fā)射機(jī)的射頻功率放大電路、饋線、天線到接收天線這一部分的電路。目前華為的射頻大概包括饋線、天線等部門。
圖二 無(wú)線電廣播發(fā)射與接收過程
從上面的例子我們可以看到射頻在這些電路中傳送到空間是以電磁波的形式存在的,對(duì)于如此抽象的東西,我們就要借助各種軟件,對(duì)電磁波在傳輸線、饋線中的傳輸狀況以及天線在空間中的輻射狀態(tài)進(jìn)行探究。
在解決射頻問題時(shí)經(jīng)常使用的軟件主要有以下幾種。那么我們常常是根據(jù)自己的專業(yè)領(lǐng)域和正在研究的項(xiàng)目?jī)?nèi)容來(lái)決定使用的軟件。現(xiàn)在就簡(jiǎn)單介紹一下各種軟件的用途及區(qū)別。
HFSS是Ansoft公司推出的三位電磁仿真軟件,能計(jì)算任意形狀三維無(wú)源結(jié)構(gòu)的S參數(shù)和全波電磁場(chǎng)。HFSS軟件擁有強(qiáng)大的天線設(shè)計(jì)功能,它可以計(jì)算天線參量,如增益、方向性、遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖剖面、遠(yuǎn)場(chǎng)3D圖和3dB帶寬等;上面的第一張圖就是通過HFSS仿真的電磁波在波導(dǎo)中傳輸?shù)臓顩r。
圖三 HFSS三維仿真軟件
ADS是Agilent公司開發(fā)的EDA軟件,電子設(shè)計(jì)功能十分強(qiáng)大,包含時(shí)域電路仿真 (SPICE-like Simulation)、頻域電路仿真 (Harmonic Balance、Linear Analysis)、三維電磁仿真 (EM Simulation)、除此之外還有通信系統(tǒng)仿真(Communication SystemSimulation)、數(shù)字信號(hào)處理仿真設(shè)計(jì)(DSP);ADS支持射頻和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師開發(fā)所有類型的RF設(shè)計(jì),從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從離散的射頻/微波模塊到用于通信和航天/國(guó)防的集成MMIC,是當(dāng)今國(guó)內(nèi)各大學(xué)和研究所使用最多的微波/射頻電路和通信系統(tǒng)仿真軟件軟件。
圖四ADS仿真軟件
CST也是一款三維電磁場(chǎng)仿真軟件,是面向3D電磁、電路、溫度和結(jié)構(gòu)應(yīng)力設(shè)計(jì)工程師的一款全面、精確、集成度極高的專業(yè)仿真軟件包。包含八個(gè)工作室子軟件,集成在同一用戶界面內(nèi),為用戶提供完整的系統(tǒng)級(jí)和部件級(jí)的數(shù)值仿真優(yōu)化。軟件覆蓋整個(gè)電磁頻段,提供完備的時(shí)域和頻域全波電磁算法和高頻算法。
首先是HFSS與ADS的比較:HFSS主要是用來(lái)仿真器件的,比如天線、濾波器等三維器件。而ADS主要用來(lái)仿真電路,比如應(yīng)用在微波射頻電路、RFIC、通信電路。所以很明顯如果你是想做射頻電路就使用ADS,做天線及微波無(wú)源器件則使用HFSS或CST。
圖五 電視天線
當(dāng)然它們也有各自有缺陷,比如從電磁場(chǎng)性質(zhì)來(lái)看,ADS不能仿真三維電磁場(chǎng),適用于微波高速電路的設(shè)計(jì),對(duì)于這種平面電路的電磁場(chǎng)仿真一般都是2.5維的,HFSS適用于三維電磁場(chǎng)分析;而從微波器件有源無(wú)源性來(lái)說,HFSS不能仿有源器件,但是ADS可以仿真有源器件。所以很多時(shí)候我們都是兩個(gè)軟件協(xié)調(diào)使用。
接下來(lái)是CST與HFSS比較:首先從仿真速度來(lái)看,CST的速度要快得多,HFSS會(huì)產(chǎn)生很多的臨時(shí)文件,太耗資源;但是CST的仿真精度沒有HFSS那么高;一般HFSS是閉場(chǎng)的時(shí)候比較準(zhǔn),而CST是開場(chǎng)的時(shí)候比較準(zhǔn)。但是從仿真寬帶上看,如果仿真的帶寬較寬建議使用CST,因?yàn)?/span>HFSS需要進(jìn)行分段仿真,所以速度慢。
圖六 射頻固定衰減器
最后總結(jié)一下,在進(jìn)行天線設(shè)計(jì)時(shí),建議使用HFSS,CST作為備選;在進(jìn)行微波腔體,衰減器、波導(dǎo)濾波器等設(shè)計(jì)時(shí),使用EMDS或者HFSS是最佳的選擇;混合集成電路設(shè)計(jì),PCB板級(jí)設(shè)計(jì)時(shí),則選擇使用ADS。
到此,本期的射頻軟件篇就告一段落,在這里只是作為一個(gè)入門的引導(dǎo),更多的學(xué)習(xí)還是需要大家自己專研,并通過項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐。
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